[发明专利]一种电动流体动力推进器

说明书

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种电动流体动力推进器。

背景技术

在当前的推进器领域中，传统的固体火箭发动机和液体火箭发动机的推进效率偏低，所携带的推进剂质量大，有效载荷偏小；传统的涡喷、涡扇等飞机发动机无法实现空天飞行，且存在高温高压等瓶颈问题；冲压发动机和脉冲爆震发动机等新概念发动机也无法实现空天飞行；新提出的电流体推进器和磁流体推进器虽然比冲高，但也并不适合大气内的飞行。因此开发一种具有高能量利用率的新推进技术来实现空天飞行，对促进航空航天的发展具有重要的工程应用前景和实际意义。

电流体推进技术方面，国外做过很多的研究和尝试。其中EHD（电流体推进）空气泵实现了大气内对空气的加速，但是加速性能偏低。目前公开的外文文献中，空气泵使空气在标况下从静止开始加速很难超过10M/S，其单级泵的效率都在10%以下，多级泵的效率随着级数的增加呈递减的趋势。结构上造成EHD（电流体推进）空气泵效率较低，推力偏小的原因在于电离和加速没有进行功能的分离，即电离和加速在同一区域内进行。该结构使得电离所需的短电极间距，大电压梯度与加速所需的长加速距离，小电压梯度相互矛盾，从而造成了整个系统的效率较低，推力偏小。

在国内，发明专利【201010107194.7】公开了一种用作航天器辅助推进的高频高压单电极等离子体推进器，该推进器结构简单、比冲高，但只适合于大气层外航天器的辅助推进，且推力较小，不适合作为空天飞行的主要动力。

通过大量的研究发现电推进技术的两个关键瓶颈是推力小，效率低。本发明专利通过设计独特的交变正负等离子体发生器和同步多级加速器解决了以上两项技术瓶颈，获得了一种新型的基于电流体动力学的推进器。该推进器具有三种工作模式对应于低空、临近空间和太空三种工作环境的需要，是一种真正意义上的具有广泛适应能力的空天飞行器的推进器。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电动流体动力推进器，克服了现有技术中存在的高温高压瓶颈，实现空天飞行，具有更高的比冲及推进效率，减小推进剂质量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电动流体动力推进器，包括交变正负离子发生器、同步多级加速器和收敛喷管三部分；收敛喷管与同步多级加速器相连，同步多级加速器的进气端固定有交变正负等离子体发生器，交变正负等离子体发生器的外缘设有支撑板，连接板位于支撑板内侧，从内至外共分为五层，连接板为空心环形板，层与层之间由均匀分布的四块空心连接板连接，相邻两层连接板及对应的四块空心连接板围成的流道为空气流道；

所述同步多级加速器由螺钉装配孔、同步多级加速器单元、加速器管壁、接地、电线和高频脉冲电源组成；四个螺钉装配孔与交变正负等离子体发生器的螺钉孔的位置相对应；加速器管壁分为内外两层，内外层之间为空腔；同步多级加速器单元由圆环形电极和绝缘材料构成；圆环形电极通过电线与高频脉冲电源接通；绝缘材料填充在整个加速器管壁的空腔内，将每一级圆环形电极隔离开；高频脉冲电源设置在同步多级加速器的外部，并通过接地接地；

所述交变正负等离子体发生器由螺钉孔、支撑板、交变正负等离子体发射单元、空气流道和连接板组成；交变正负等离子体发生器通过其外缘的环形支撑板与同步多级加速器的前端相连；四个螺钉孔贯穿支撑板并在支撑板上均匀分布；连接板内的安装孔内设有交变正负等离子体发射单元。

所述交变正负等离子体发射单元，由电线、高频圆环电极、绝缘材料、等离子体发射单元管体和高频高压尖端电极组成；所述电线分为两路，其中一路与高频圆环电极相连，另一路与高频高压尖端电极相连，所述等离子体发射单元管体底部中心有一圆孔；高频高压尖端电极为一针状金属体，针状金属体的粗端圆柱段固定在绝缘材料的中心，细端尖锥段穿过等离子体发射单元管体的底部中心圆孔并使得尖锥的尖端伸入等离子体发射单元管体的内部；高频圆环电极被嵌套在高频高压尖端电极的粗端圆柱段四周，高频圆环电极与高频高压尖端电极之间有绝缘材料阻隔并包裹；

所述安装孔共126个，从中间到外缘各层的安装孔数量分别为6个、14个、26个、34个和46个，安装孔与安装孔之间紧密排布。

所述空心连接板和连接板的空心腔体用于安装外接电路，电路与高频脉冲电源连接并为交变正负等离子体发射单元供电。

所述的最外层的连接板与支撑板的内侧壁面焊接连接；

所述等离子体发射单元管体为一平底圆筒形。

所述高频圆环电极为一圆环形金属体。